Kamenev nasceu em Moscou, filho de um trabalhador ferroviário e uma ortodoxa russa mãe. O dinheiro que seu pai havia adquirido foi usado para financiar uma boa educação para Lev. Ele frequentou a Universidade de Moscou, mas sua educação foi interrompida por uma prisão em 1902. Daquele ponto em diante, ele tornou-se um revolucionário profissional, trabalhando em St. Petersburgo, Moscou e Tbilisi. Kamenev se casou com uma colega marxista, a irmã de Leon Trotsky Olga Kameneva no início de 1900 e o casal teve dois filhos.

Uma breve viagem ao exterior em 1902 introduziu Kamenev aos líderes social-democratas russos que viviam no exílio, incluindo Vladimir Lenin, cujo associado ele se tornou.